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TEMA 8
ANGIOGÉNESIS TUMORAL
La angiogénesis es un proceso que consiste en el desarrollo y la remodelación vascular, para formar nuevos vasos sanguíneos que apoyen las necesidades de los tejidos, según estas van cambiando. Los vasos sanguíneos y los componentes del estroma son sensibles a factores pro-‐ y antiangiogénicos, que permiten la remodelación vascular durante el desarrollo, la cicatrización de heridas y el embarazo. Sin embargo, en algunas situaciones patológicas, como el cáncer, también se inducen y se utilizan las vías de señalización angiogénicas. Aunque las células tumorales necesitan adquirir capacidades oncogénicas que les permitan proliferar indefinidamente, evadir la vigilancia del sistema inmune o aumentar su supervivencia, el crecimiento en tamaño de un tumor a gran escala requiere, además, un suministro de sangre constante. Con la adquisición de esta capacidad, las células cancerígenas obtienen oxígeno y nutrientes, necesarios para su supervivencia. Para obtener este suministro de sangre, las células tumorales favorecen la expresión y la actividad de factores proangiogénicos, que estimulan el crecimiento vascular mediante la atracción y activación de las células del microambiente tumoral. Además, también tienen la capacidad de disminuir la actividad de factores antiangiogénicos, que bloquean este proceso. Por lo tanto, la magnitud de la respuesta angiogénica está determinada en última instancia por el balance entre las señales pro-‐y antiangiogénicas y, más concretamente, por el equilibrio de sus actividades sobre múltiples tipos celulares.
En este tema se estudian las diferencias entre la remodelación vascular en condiciones fisiológicas y en el cáncer. Además, se examinan los inductores y los inhibidores de la angiogénesis, así como mecanismos que utilizan las células cancerígenas para inducirla, necesarios para la progresión tumoral. ÍNDICE CARACTERÍSTICAS DE LA ANGIOGÉNESIS EN CÁNCER FACTORES ANGIOGÉNICOS Y ANTIANGIOGÉNICOS
Factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF) Angiopoyetinas Factores angiogénicos diversos
PARTICIPACIÓN DEL MICROAMBIENTE TUMORAL EN LA ANGIOGÉNESIS
Función de las integrinas en la angiogénesis Función de las metaloproteasas en la angiogénesis
FORMACIÓN DE LOS VASOS SANGUÍNEOS TUMORALES LA ANGIOGÉNESIS ES DIFERENTE EN LOS DISTINTOS TIPOS DE TUMORES LA ANGIOGÉNESIS COMO DIANA TERAPÉUTICA
Consideraciones de la terapia antiangiogénica Estrategias terapéuticas antiangiogénicas Inhibidores directos de la angiogénesis Inhibidores indirectos de la angiogénesis
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CARACTERÍSTICAS DE LA ANGIOGÉNESIS EN CÁNCER
Durante la vasculogénesis embrionaria, los vasos sanguíneos se forman de novo a partir de precursores de células endoteliales (angioblastos), que se ensamblan en un plexo capilar primario. Esta red primitiva, mediante la angiogénesis, comienza a diferenciarse y se produce el brote y la ramificación de nuevos vasos sanguíneos desde capilares pre-‐existentes. Este proceso está, normalmente, quiescente en el adulto y las células endoteliales están entre las células más longevas. De hecho, el recambio fisiológico de células endoteliales se mide en años en los tejidos que no requieren una angiogénesis continua. Los pocos tejidos adultos que requieren angiogénesis son los órganos reproductores femeninos, órganos que tienen un crecimiento fisiológico normal y los tejidos dañados.
Para que se produzca la angiogénesis existen una gran variedad de señales angiogénicas que activan a las células endoteliales permitiéndolas separar sus uniones con sus células vecinas, moverse hacia gradientes de factores proangiogénicos, proliferar para formar tubos provisionales, reclutar células perivasculares que proporcionan estabilidad y madurez a los vasos y, por último, remodelarse para formar una red funcional.
El crecimiento de los tumores requiere de la presencia de vasos sanguíneos que le aportan el oxígeno y los nutrientes procedentes de la sangre. Además, la vascularización de los tumores también es necesaria para la metástasis (ver tema 7).
Aunque la angiogénesis asociada a tumores se ha definido tradicionalmente como el brote de nuevos vasos a partir de vasos pre-‐existentes, actualmente se piensa que los vasos sanguíneos que apoyan el crecimiento de un tumor también pueden originarse a partir de células reclutadas desde la médula ósea o incluso a partir de células madre tumorales diferenciadas (figura 1).
Figura 1. Distintos orígenes de la neovascularización inducida por los tumores.
La combinación de señales estimuladoras en el microambiente tumoral provoca cambios en múltiples tipos celulares. Las células perivasculares se desprenden de los vasos sanguíneos maduros, comprometiendo su integridad, permitiendo su remodelación y la inducción de un fenotipo activado. Una vez que la barrera vascular se interrumpe, múltiples tipos de células son expuestas a estímulos angiogénicos e inflamatorios para aumentar la respuesta. Las plaquetas son reclutadas a los sitios de la membrana basal expuesta, en los que se activan y liberan sus factores de estimulación en el microambiente tumoral. Las células progenitoras endoteliales (CPE) y las células mieloides de la médula ósea se mueven a la zona, donde liberan localmente más factores solubles. Sin embargo, el aumento de esta respuesta no conduce a la producción de vasos sanguíneos maduros y adecuados para mejorar la situación hipóxica inicial, así el microambiente tumoral se caracteriza por poseer vasos sanguíneos permeables y tortuosos. Este entorno hace que las células tumorales sean más invasivas, lo que les permite intravasarse en la vasculatura y formar metástasis en tejidos distantes.
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El modelo clásico de regulación de la angiogénesis se basa en el equilibrio entre factores proangiogénicos y antiangiogénicos (figura 2). La inducción de la angiogénesis depende de si ese equilibrio se desplaza a favor de los factores estimuladores o no. Así, la diferencia entre la angiogénesis fisiológica y la patológica está en la distinta regulación de las señales pro-‐ y antiangiogénicas que modifican el balance entre ellas. Durante la angiogénesis fisiológica normal los nuevos vasos maduran y se estabilizan rápidamente pero, sin embargo en los tumores, descritos como "heridas que nunca sanan", se pierde el equilibrio adecuado entre los reguladores positivos y negativos. Esto hace que se produzca el denominado “cambio angiogénico” y aumente la angiogénesis. El cambio angiogénico se puede dar en diferentes etapas de la progresión tumoral y depende del tipo de tumor y el ambiente. Así, se ha observado que las lesiones latentes y, en algunos casos, las lesiones premalignas pueden iniciar neovascularización, lo que les permite progresar a estados tumorales malignos.
Figura 2. Balance angiogénico. La angiogénesis está regulada por una variedad de activadores e inhibidores, algunos de los cuales se muestran en la figura. Los activadores de la proliferación de células endoteliales y la migración son, principalmente, ligandos de receptores tirosina quinasa, como el factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF), factores de crecimiento de fibroblastos (FGF), factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) y el factor de crecimiento epidérmico (EGF), pero también puede ser de origen muy diferente, como el ácido lisofosfatídico (LPA). El primer inhibidor angiogénico descrito fue la trombospondina-‐1 (TSP-‐1), que modula la proliferación de células endoteliales y su movilidad. Muchas moléculas inhibidoras derivan de proteínas más grandes que no tienen ningún efecto sobre la angiogénesis. Entre éstas se encuentran la angiostatina, un fragmento del plasminógeno, la endostatina, tumstatina y canstatina, fragmentos de colágenos que se unen a las integrinas. En general, los niveles de los activadores y los inhibidores dictan si una célula endotelial permanece en un estado quiescente o en un estado angiogénico activado. Los cambios en balance angiogénico determinan la formación de nuevos vasos o no.
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En los tumores, la expresión de los factores proangiogénicos aumenta por estímulos
fisiológicos, tales como la hipoxia resultante de la distancia cada vez mayor entre las células tumorales en proliferación y los capilares sanguíneos que da lugar a un aumento de la masa tumoral, y también por la activación de oncogenes y mutaciones en genes supresores de tumores.
Un rasgo característico de los vasos sanguíneos tumorales es que no llegan a estar quiescentes, lo que permite el crecimiento continuo de nuevos vasos sanguíneos. Por ello, la vasculatura de los tumores tiene unas características únicas que la hacen muy distinta de la red vascular normal. Los vasos sanguíneos tumorales tienen una arquitectura muy irregular, son tortuosos y pueden tener extremos ciegos, no están organizados en vénulas definitivas, arteriolas y capilares, sino que están distribuidos de una forma caótica y, a menudo, tienen fugas y son hemorrágicos (figura 3). Estos hechos se deben en parte a la sobreproducción del factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF). Las células perivasculares, que generalmente están en contacto cercano con el endotelio, a menudo se asocian más levemente o son menos abundantes, por lo que los vasos tumorales son inestables. Por otra parte, las paredes de los vasos tumorales también tienen integradas células cancerosas y algunos tumores, con gran dependencia de la vasculogénesis, reclutan células precursoras endoteliales desde la médula ósea. En los vasos tumorales la sangre fluye de forma irregular, moviéndose más lentamente e incluso a veces en pulsos, lo que conduce a capilares disfuncionales. Los tumores pueden ser bastante heterogéneos en sus patrones vasculares y son capaces de sobreproducir sus redes capilares. Sin embargo, en los tejidos normales la densidad de los vasos está controlada dinámicamente por las necesidades metabólicas de los nutrientes y el oxígeno. Así, las anormalidades estructurales y funcionales en los vasos tumorales reflejan la naturaleza patológica de su inducción.
Figura 3. La red vascular tumoral es distinta de la red vascular normal.
Se muestran dos fotografías de la red vascular de un tejido normal (izquierda) y la red vascular tumoral (derecha).
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FACTORES ANGIOGÉNICOS Y ANTIANGIOGÉNICOS
Hasta el momento se han identificado un gran número de proteínas activadoras e inhibidoras de la angiogénesis (figura 4). Entre los factores responsables del fenotipo angiogénico, el factor de crecimiento VEGF es el más importante, ya que es el agente proangiogénico más potente en tejidos normales y tumorales.
Figura 4. Activadores e inhibidores de la angiogénesis. Se muestra un esquema con las distintas moléculas que afectan al proceso angiogénico.
Factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF)
El VEGF es una glicoproteína homodimérica inducida por la hipoxia. Una de las razones por las que la expresión VEGF está tan extendida en la angiogénesis se debe a su inducción en condiciones isquémicas. La isquemia se produce durante el crecimiento de los órganos, cuando el aumento de la masa de tejido es mayor que la capacidad de la vasculatura existente para proporcionarle oxígeno y nutrientes suficientes. Los tumores contienen niveles elevados de VEGF en el borde de necrótico y tejido hipóxico, que son las zonas donde se produce la brotación de los nuevos vasos sanguíneos. Los requerimientos de oxígeno y nutrientes varían entre los tumores, dependiendo de su etapa de crecimiento y el microambiente en el que se encuentran. Normalmente, el consumo de oxígeno es menor en las células tumorales en comparación con las células normales, ya que los tumores son capaces de adaptar su metabolismo para sobrevivir en condiciones de baja disponibilidad de oxígeno, aumentando la glucolisis para producir ATP (ver tema 1). Sin embargo, cada tejido, incluyendo los tejidos tumorogénicos, dependen de un suministro de oxígeno adecuado, sin el cual se inducen una serie de genes por el factor de transcripción inducido por hipoxia HIF-‐1, que les permiten superar las condiciones hipoxicas. En concreto, el VEGF se expresa por la activación
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del factor inducible por hipoxia-‐1α (HIF-‐1α), que está regulado directamente por la disponibilidad de oxígeno.
El VEGF aumenta la proliferación de las células endoteliales, tiene efectos antiapotóticos y aumenta la permeabilidad de los vasos sanguíneos. Sin embargo, el VEGF no actúa únicamente sobre las células endoteliales, también tiene un efecto sobre los monocitos/macrófagos, en los que induce la quimiotaxis y su infiltración tumoral. Además, el VEGF bloquea la diferenciación de las células dendríticas, lo que permite que las células escapen de las defensas del sistema inmunológico.
El gen que codifica para el VEGF, también llamado VEGF-‐A, codifica para otras proteínas de la familia (VEGF-‐B, VEGF-‐C, VEGF-‐D, VEGF-‐E y VEGF-‐F).
El VEGF se une a dos receptores con actividad tirosina quinasa de la superficie celular, el VEGFR-‐1 y el VEGFR-‐2 (ver tema 3), con una afinidad diez veces mayor a este último (figura 5). La unión del VEGF produce la dimerización de estos receptores en la membrana plasmática, lo que desencadena varias cascadas de señalización intracelular.
Respecto al receptor VEGFR-‐1, existe una forma soluble, que actúa como un “receptor señuelo”, que secuestra al VEGF e inhibe su actividad, bloqueándolo. Sin embargo, el receptor VEGFR-‐1 completo es esencial para la función angiogénica del VEGF. Este receptor es fundamental para la secreción de la metaloproteasa de la matriz 9 (MMP-‐9) por las células endoteliales y macrófagos, facilitando la formación de metástasis. Además, VEGFR-‐1 es esencial para el reclutamiento de los monocitos/macrófagos a los tumores, necesarios para la amplificación de la angiogénesis a partir de la vasculogénesis, y para la producción paracrina por el endotelio del factor de crecimiento hepático (HGF).
En cuanto al receptor VEGFR-‐2, la unión del VEGF induce la proliferación de las células endoteliales y la permeabilidad de los vasos. Este receptor activado induce la cascada RAF-‐MEK-‐ERK, aumentando la proliferación celular (ver tema 4). Además, también promueve la supervivencia celular mediante la activación de la vía PI3K-‐AKT (ver tema 4).
Otro miembro de la familia de VEGF, el factor de crecimiento de la placenta (PlGF) tiene una función única en el cáncer y en otras patologías, aunque no es esencial para el desarrollo. El PlGF no se une al VEGFR-‐2, sino al VEGFR-‐1.
Por otra parte, existen otras familias de factores de crecimiento angiogénicos con varios miembros específicos, entre las que se encuentran las del factor básico de crecimiento de fibroblastos (bFGFs) y la del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF).
Angiopoyetinas
Aunque el VEGF es necesario para la vasculogénesis y la angiogénesis, este factor de crecimiento no es suficiente para la formación de los vasos maduros, ya que un exceso de su señalización produce hemorragias. La remodelación angiogénica para la formación de los vasos maduros requiere la participación de las angiopoyetinas, las cuales son glicoproteínas secretadas de forma autocrina por las células endoteliales y de forma paracrina por otras células. Existen dos tipos de angiopoyetinas, denominadas angiopoyetina-‐1 (Ang-‐1) y angiopoyetina 2 (Ang-‐2), que se unen al receptor Tie-‐2, específico de las células endoteliales (figura 5). La expresión de la Ang-‐1 se da en todos los tejidos, sin embargo, la Ang-‐2 sólo se expresa en los tejidos que sufren remodelación vascular (ovario, útero, placenta) y en los tumores. La Ang-‐1 promueve la maduración de los vasos y la supervivencia de las células endoteliales y su efecto predomina en la vasculatura quiescente del adulto. Sin embargo, la secreción de la Ang-‐2 en tejidos con remodelación vascular o en tumores produce la desestabilización de los vasos, al comportarse como un antagonista de la Ang-‐1.
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Figura 5. Señalización de los inductores angiogénicos. La formación de los vasos sanguíneos está controlada por varias familias de moléculas. Se muestran los ligandos, receptores, procesos y respuestas biológicas que producen La familia de VEGF tiene una función central en el control de la angiogénesis y vasculogénesis. El VEGF se une a sus receptores VEGFR-‐1 y VEGFR-‐2 y controla todas las respuestas biológicas de las células endoteliales para formar nuevos vasos. Sin embargo, la maduración y la remodelación están controladas por la familia de las angiopoyetinas , que actúan a través de sus receptores Tie, y controlan la comunicación entre las células endoteliales y los pericitos. Además, la familia de efrinas, a través de sus receptores EpH controla otros pasos decisivos para la angiogénesis.
Factores angiogénicos diversos
Otros factores proangiogénicos son las integrinas, que intervienen en las interacciones entre
los nuevos vasos y la matriz extracelular, así como en la activación del receptor VEGFR-‐2 (ver tema 7). Las efrinas, a través de sus receptores EpH, también son necesarias para el desarrollo de los vasos y participan en las conexiones entre distintos vasos (figura 5). Por último, la trombina, que estimula metaloproteasas de la matriz y la expresión de VEGF y HIF-‐1α, así como otros factores sanguíneos, como el plasminógeno, el tPA y el uPA, también contribuyen a este proceso.
Además, también existen otros factores antiangiogénicos como la trombospondina-‐1 (TSP-‐1) y el factor derivado del epitelio pigmentario (PEDF), que provocan la muerte celular de las células endoteliales. La endostatina es un fragmento derivado de la proteolisis del colágeno XVIII que inhibe la invasión y proliferación de las células endoteliales, la formación de estructuras tubulares, la expresión de la mayoría de las proteínas proangiogénicas y aumenta la expresión de TSP-‐1, inductora de la regresión vascular.
Por otra parte, los oncogenes y los supresores de tumores también juegan un papel muy importante en la angiogénesis. El oncogén Ras induce la expresión de VEGF e inhibe la de TSP-‐1. El oncogén Myc también incrementa la producción de VEGF en linfocitos. Respecto a los supresores de tumores, p53 y p16INK4 disminuyen la expresión de VEGF y p53, además, aumentan la expresión de TSP-‐1.
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PARTICIPACIÓN DEL MICROAMBIENTE TUMORAL EN LA ANGIOGÉNESIS
El microentorno del tumor se compone de una variedad de tipos de células que influyen en la respuesta angiogénica (figura 6). Una vez que una lesión tumoral excede de unos pocos milímetros de diámetro, la hipoxia y la privación de nutrientes desencadena el "cambio angiogénico” para favorecer la progresión tumoral. Las células tumorales explotan su microambiente liberando citoquinas y factores de crecimiento, que activan a las células normales quiescentes que se encuentran alrededor de ellas, e inician una cascada de eventos que las desrregulan (figura 6). Por ejemplo, las células tumorales liberan el VEGF, el cual estimula el brote y la proliferación de las células endoteliales. Aunque la inducción de la angiogénesis puede proporcionar inicialmente más oxígeno y nutrientes al tumor, la respuesta final es pobre, ya que la vasculatura tumoral tiene muchas alteraciones morfológicas y funcionales como se ha comentado anteriormente. Así, los vasos sanguíneos tienen muchas fugas, ya que son muy permeables y presentan numerosos agujeros y fenestraciones intercelulares, causando un flujo de sangre irregular. Esto hace que los sitios de la membrana basal expuestos durante la fuga de sangre recluten y activen las plaquetas que, a su vez, liberan factores angiogénicos y de permeabilidad en el entorno local para aumentar aún más la respuesta. El aumento de los niveles de PDGF, liberado por las plaquetas, y las células endoteliales activadas reclutan y activan a las células perivasculares, que estabilizan los vasos. Sin embargo, aunque, la cobertura perivascular proporciona estabilidad vascular y la madurez, ésta no se lleva a cabo con los nuevos vasos maduros, ya que éstos están expuestos continuamente a señales estimuladoras dentro del microambiente tumoral. La respuesta de remodelación también se ve impulsada por el reclutamiento de fibroblastos asociados al tumor, que depositan proteínas de la matriz extracelular (MEC) de forma aberrante y liberan factores estimuladores. Función de las integrinas en la angiogénesis
Por otra parte, el estroma tumoral está compuesto de una gran variedad de componentes de la MEC y su remodelación también controla el potencial angiogénico (figura 6). Así, las integrinas, como moléculas principales de las interacciones entre las células y la MEC, integran señales y son capaces de regular la señalización de numerosas vías de señalización intracelulares, entre ellas las responsables de la angiogénesis (ver tema 7).
A menudo, la estimulación óptima de los receptores de factores de crecimiento y la respuesta angiogénica depende de la adhesión mediada por integrinas a las proteínas adecuadas de la MEC. De hecho, las vías de señalización de los factores de crecimiento y las intregrinas están relacionadas (ver tema 7). Por ejemplo, la integrina αvβ3 interactúa con los receptores de factores de crecimiento angiogénicos VEGFR-‐2 y los receptores de c-‐Met, bFGF, PDGF, EGF e IGF-‐1. La integrina α5β1 interactúa con algunos de los estos mismos receptores y, además, con el receptor Tie-‐2 de la superficie celular, que se une a las angiopoyetinas. Por ello, el cruzamiento de las vías de señalización de los factores de crecimiento y las integrinas promueve la máxima señal intracelular. La asociación de αvβ3 con VEGFR-‐2 promueve la activación completa de este receptor, lo que conduce a la máxima angiogénesis en respuesta a VEGF. Por otra parte, algunas integrinas también se unen directamente a los factores de crecimiento. Por ejemplo, las células endoteliales pueden adherirse y propagarse in vitro sobre moléculas de VEGF, inmovilizadas por interacciones directas integrina-‐VEGF, de forma independiente de la unión del VEGF a su receptor. Además, las integrinas α5β1 y αvβ3 se pueden unir directamente a las angiopoyetinas. Así, las células tumorales o del estroma que carecen de receptores para estos factores de crecimiento pueden funcionar de manera diferente en su presencia.
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Figura 6. Mediadores de la activación endotelial y la respuesta angiogénica tumoral.
Cada célula en el microentorno del tumor se ve afectada por sus células vecinas, así como por los componentes del estroma del tumor. Por la naturaleza de su transformación oncogénica o su respuesta a la hipoxia, las células tumorales liberan una variedad de factores que comienzan a transformar su entorno. Estos factores inducen el remodelado de la matriz extracelular (MEC) para acomodar el crecimiento y la progresión del tumor. Los fibroblastos depositan proteínas de la MEC, que fomentan la remodelación necesaria para la expansión del tumor, y también liberan enzimas que pueden degradar componentes de la membrana basal para exponer sitios de unión o para formar fragmentos que afectan a la función de las integrinas en las células vecinas. El compartimiento de la MEC también contiene componentes como trombospondinas (TSP), fibronectina (FN), vinculina (VN) y colágenos (Col). Las células tumorales y las células endoteliales activadas liberan una serie de factores solubles que inducen la movilización y el asentamiento de las células mieloides de la médula ósea y su diferenciación en macrófagos (TAM) o neutrófilos asociados al tumor. Dentro de este entorno dinámico, las integrinas y receptores en la superficie de las células endoteliales se unen a factores que inician vías de señalización intracelular, conduciendo a cambios fenotípicos que promueven la migración, invasión, proliferación y supervivencia, que son necesarias para la germinación. Las interacciones entre las células endoteliales y su ambiente regulan su asociación con las células perivasculares o macrófagos asociados al tumor y determinan si se convierten en una célula del extremo “tip cell” o en una célula del tallo “stalk cell” del nuevo vaso. El uso terapéutico de la angiogénesis requiere la consideración de estos componentes de señalización entre los diferentes tipos de células. Un enfoque antiangiogénico exitoso debe considerar los efectos de la señalización dentro de los tipos de células interdependientes involucradas en el cambio constante del microambiente tumoral.
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Función de las metaloproteasas en la angiogénesis
Las metaloproteasas de la matriz extracelular (MMPs) degradan proteolíticamente los componentes de MEC que son cruciales en este proceso (ver tema 7). Las MMP-‐2, MMP-‐9 y MMP-‐MT1 contribuyen al proceso angiogénico mediante la remodelación de la membrana basal que, a su vez, permite el brote de nuevos vasos sanguíneos, liberan factores angiogénicos unidos a la matriz y escinden proteínas de la matriz en fragmentos antiangiogénicos, que impiden la acción de las integrinas (figura 6). Por todo esto, las MMPs se comportan como estimuladores o inhibidores según el ambiente tumoral. Por ejemplo, algunas MMPs degradan el colágeno en sitios específicos que son reconocidos por la integrina αvβ3, lo que permite al endotelio recién formado interaccionar selectivamente con la MEC remodelada.
Por último, las células inflamatorias también se trasladan a este ambiente al percibir la zona
como una herida y liberan factores que modulan positiva o negativamente la angiogénesis (figura 6).
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FORMACIÓN DE LOS VASOS SANGUÍNEOS TUMORALES
En cuanto a la formación de vasos sanguíneos tumorales, las células cancerígenas son capaces de adaptar el proceso vasculogénico utilizado por el embrión temprano para su uso. En este contexto, las células precursoras endoteliales pueden ser movilizadas desde la médula ósea y transportadas, a través del torrente sanguíneo, para incorporarse en las paredes de los vasos sanguíneos crecientes. Sin embargo, el porcentaje de incorporación de células precursoras endoteliales a los tumores es generalmente bajo y depende de la naturaleza del tumor, lo que apoya el concepto de que la mayoría de la neovascularización tumoral ocurre a través de la angiogenesis, (figura 1).
En la formación de los vasos sanguíneos tumorales, las primeras etapas se definen por la vasodilatación y el aumento de la permeabilidad vascular de los capilares pre-‐existentes, o vénulas post-‐capilares, en respuesta a VEGF (figura 7). Esto permite la extravasación de proteínas plasmáticas, las cuales forman una matriz provisional sobre la que migran las células endoteliales activadas. Esto va acompañado por el desprendimiento de la cubierta de pericitos en un proceso controlado por la unión de la Ang-‐2 a su receptor tirosina quinasa Tie-‐2, que conduce a la desestabilización de los vasos.
Figura 7. Formación de nuevos vasos sanguíneos Los vasos sanguíneos surgen a partir de capilares preexistentes o vénulas que post-‐capilares en los tumores (a) En primer lugar, los pericitos (ocre) se separan de los vasos sanguíneos dilatados antes de la membrana basal y de la matriz extracelular se degrade. (b) Esto permite a las células endoteliales (rojo) migrar (verde) en el espacio perivascular hacia estímulos angiogénicos producidos por las células tumorales o células del huésped. (c) Las células endoteliales proliferan, se siguen unas a otras. Detrás de las columnas de migración, las células endoteliales se adhieren entre sí y crean un lumen, que es acompañado por la formación de membrana basal y la unión de pericitos. (d) Por último, los brotes de los vasos sanguíneos se fusionarán con otros brotes para construir nuevos sistemas circulatorios. Poco se sabe acerca de este mecanismo de fusión.
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Posteriormente, la membrana basal vascular y la matriz extracelular se degradan localmente por las MMPs, permitiendo que las células endoteliales subyacentes migren por el espacio perivascular hacia los estímulos angiogénicos quimiotácticos producidos por las células cancerígenas. A continuación, el VEGF estimula la proliferación de las células endoteliales, que se despegan y se siguen unen unas a otras levemente en el estroma, formando una columna de migración, con una célula en el extremo o ápice, denominada “tip cell” y otras que la siguen formando un tallo, denominadas “stalk cells” (figura 7). Durante la angiogénesis normal, las columnas de migración conducen a una zona de diferenciación donde las células endoteliales cambian de forma y se adhieren entre sí para formar un lumen (figura 7). A la vez, la proliferación de las células endoteliales continúa dentro de la pared vascular, lo que permite la ampliación del diámetro de los vasos sanguíneos. Por último, se produce la estabilización de los vasos neoformados, ya que se reclutan células perivasculares y se produce una lámina basal vascular alrededor de los nuevos vasos formados.
En la vasculatura normal, las asociaciones de pericitos reducen la proliferación de las células endoteliales y disminuyen su dependencia al VEGF producido por el tejido huésped. Sin embargo, en los tumores se produce una disminución o una asociación inapropiada de pericitos, que explica parcialmente los diámetros anormales de los vasos sanguíneos tumorales y la sensibilidad a la inhibición del VEGF. Así, la inhibición o pérdida de la actividad del VEGF induce apoptosis de las células endoteliales, debido a su función como factor de supervivencia. Además, la Ang-‐1 y el PlGF también juegan un papel importante en la maduración y el mantenimiento de los nuevos vasos, ya que inducen mecanismos antiapoptóticos en las células endoteliales (ver tema 5).
Por último, del final del proceso angiogénico, por el cual los nuevos brotes se fusionan para formar un circuito por el que circula la sangre, se conoce poco (figura 7).
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LA ANGIOGÉNESIS ES DIFERENTE EN LOS DISTINTOS TIPOS DE TUMORES
Aunque la mayoría de los tumores requieren de la neovascularización para la progresión tumoral, algunos tumores no la necesitan. Por ejemplo, los astrocitomas adquieren al principio su suministro de sangre a partir de vasos sanguíneos normales, ya existentes en el cerebro, sin necesidad de iniciar angiogénesis, por lo que se consideran tumores "no-‐angiogénicos”. Estos tumores crecen a lo largo de los vasos sanguíneos sin una cápsula tumoral y pueden ser tan invasivos como los tumores angiogénicos. Sin embargo, cuando los astrocitomas de grado III progresan a astrocitomas de grado IV/glioblastomas (glioblastoma multiforme o GBM), se convierten en hipóxicos y necróticos debido, en parte, a la regresión de los vasos causada por la sobrexpresión de la Ang-‐2 y al aumento de la proliferación celular. Aunque parece una paradoja que los vasos sanguíneos desaparezcan inicialmente, a medida que los tumores progresan, las condiciones de hipoxia inducen eventualmente la formación de nuevos vasos, debido al aumento de la expresión de los factores angiogénicos VEGF y VEGFR-‐2, los cuales junto con la Ang-‐2 promueven la remodelación vascular y el brote de nuevos vasos. De hecho, los glioblastomas se definen parcialmente por la aparición de células endoteliales proliferantes y una alta densidad de vasos sanguíneos, lo que permite distinguir los tumores de grado IV de los astrocitomas de bajo grado.
Por otra parte, los tumores cerebrales pilocíticos de grado I son altamente angiogénicos, con características de células endoteliales en proliferación y hemorragias, pero son cánceres de crecimiento lento que no progresan ni metastatizan. Por el contrario, hay tumores muy agresivos, como los condrosarcomas, que tienen una baja densidad vascular. Aún más desconcertante es el hecho de que algunos tumores que se originan en el pulmón, cerebro, colon u otros tejidos tienen una densidad de vasos inferior que el tejido parental normal.
A la vista de estos hechos contradictorios no parece que exista una explicación de por qué la angiogénesis es un paso limitante para la progresión tumoral, ya que no parece existir una correlación directa entre ambos procesos. Sin embargo, las diferencias en la densidad de los vasos entre tumor y el tejido normal se pueden explicar porque, como se ha comentado anteriormente, los tumores necesitan generalmente menos oxígeno y metabolitos que el tejido en el que están creciendo. Además, el hecho de que los tumores no tengan una angiogénesis activa, o tengan una baja densidad, de vasos no significa que no requieren un suministro adecuado de oxígeno y nutrientes. Lo que ocurre es que al disminuir la densidad de los vasos sanguíneos se genera inmediatamente necrosis tumoral que, a su vez, inicia la angiogénesis inducida por la hipoxia para restablecer el oxígeno en el tumor. Tan pronto como estos tumores son revascularizados, pueden llegar a ser muy agresivos, como ocurre con los glioblastomas. Por todo esto, la densidad de los vasos sólo es un marcador de pronóstico útil para algunos tipos de cáncer.
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LA ANGIOGÉNESIS COMO DIANA TERAPÉUTICA Consideraciones de la terapia antiangiogénica
La primera cuestión que se debe plantear para utilizar la angiogénesis como una diana terapéutica es si al eliminar el suministro de sangre de un tumor, para suprimir la progresión tumoral, se pueden afectar otros procesos vasculares en tejidos normales, ya que las mismas cascadas de señalización angiogénicas que se producen en los tumores regulan, también, la remodelación vascular fisiológica que se produce durante el embarazo y la cicatrización de heridas. Estas advertencias se deben aplicar a casi todas las dianas terapéuticas, desde los factores de crecimiento proangiogénicos, integrinas, moléculas de la MEC y las células mieloides derivadas de médula ósea, ya que las evidencias recientes muestras cómo las terapias dirigidas contra el VEGF pueden hacer que las células tumorales cambien su modo de interacción con el estroma, convirtiéndose a un fenotipo más agresivo y metastático. El campo de la investigación angiogénica ha identificado cientos de potenciales nuevas dianas terapéuticas, pero estas ideas todavía no se han podido trasladar a estrategias antiangiogénicas seguras y eficaces para el tratamiento de pacientes con cáncer. Así, existen varias cuestiones para las que todavía no hay una solución clara, pero que merecen tenerse en consideración para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas.
Otro efecto a tener en cuenta es que el bloqueo de una vía única puede tener efectos opuestos en múltiples tipos celulares.
La generación de vasos sanguíneos funcionales requiere la remodelación y la maduración vascular, por lo que las células que proporcionan la envuelta perivascular de los vasos nacientes son cruciales. Por ejemplo, el cultivo de células endoteliales en presencia de células musculares vasculares lisas (VSMCs) inhibe su proliferación. De hecho, los tumores que sobrexpresan PDGF como mitógeno de las VSMCs tienen un contenido mayor de células perivasculares y un menor tamaño, consistente con la idea de que las células perivasculares promueven la maduración o quiescencia de sus células endoteliales vecinas. En consecuencia, el tratamiento de tumores que expresan PDGF con el inhibidor del receptor de PDGF Imatinib, da lugar a una disminución del contenido de pericitos y a un aumento del crecimiento del tumor. Este hallazgo contrasta con otros estudios que demuestran las propiedades antitumorales del Imatinib, debido probablemente a la inhibición de la actividad de los receptores de PDGF de las células tumorales, en lugar del efecto sobre las células perivasculares. Los resultados de estos estudios proporcionan un ejemplo de cómo la identificación e inhibición de una vía específica en las células tumorales puede tener efectos opuestos sobre el desarrollo del tumor, al tener efectos contrarios en otros tipos celulares.
Una relación similar existe entre la señalización del VEGF en células vasculares, en comparación con la de las células perivasculares, durante la respuesta angiogénica. La exposición de las VSMCs a PDGF estimula su migración y proliferación, para promover la cobertura y la estabilización de los nuevos vasos sanguíneos formados. Sin embargo, la exposición a VEGF inhibe la función de las VSMCs y suprime la angiogénesis inducida por PDGF. A nivel molecular, la activación de VEGFR-‐2 por VEGF suprime la señalización del PDGFRβ en las VSMCs, a través de la formación de un complejo VEGFR2-‐PDGFRβ. Así, la inhibición de VEGFR2 provoca la activación de las VSMCs y aumenta el desarrollo de vasos maduros. Esto sugiere que las estrategias terapéuticas para factores proangiogénicos y antiangiogénicos deben tener en cuenta los distintos efectos sobre los diferentes tipos de células.
Por otra parte, la remodelación vascular en cáncer depende de muchos factores, por ello se debe tener en cuenta que para atacarla mediante terapias anticancerígenas, puede no obtenerse un efecto a corto plazo, ya que la supresión de una vía puede promover otra. Debido a la redundancia y la diversidad mediante el cual los vasos sanguíneos se pueden remodelar, se puede explicar la pobre eficacia o la resistencia observada a menudo en terapias antiangiogénicas. Por ello, el éxito de una respuesta terapéutica requiriere la consideración de todas las vías de señalización que regulan los múltiples tipos de células involucrados en el componente vascular de cáncer. Se hace necesario, por
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tanto, identificar los puntos de señalización comunes que se puedan utilizar como nuevas estrategias terapéuticas para la supresión de la angiogénesis y la progresión tumoral, especialmente si estos supuestos objetivos son activados selectivamente en células tumorales, células estromales o en células derivadas de médula ósea. Estrategias terapéuticas antiangiogénicas
Hasta el momento se han identificado muchas de las moléculas que regulan la angiogénesis, por lo que es necesario comenzar la identificación de las propiedades únicas de la vasculatura tumoral que la distinguen de los vasos normales. A medida que ha avanzado la compresión básica de la angiogénesis tumoral, también lo ha hecho la capacidad de desarrollar agentes antiangiogénicos efectivos clínicamente. Así, un gran número de agentes antiangiogénicos se encuentran actualmente en ensayos clínicos como monoterapias o en combinación con otras terapias antiangiogénicas o antitumorales (tabla 1). Estos agentes varían en sus dianas moleculares y celulares y se clasifican de diversas maneras. El sistema más utilizado es el que los clasifica como inhibidores directos e indirectos (figura 8).
Los inhibidores angiogénicos directos, tales como la vitaxina, la angiostatina y otros, previenen la proliferación, la migración o la resistencia a la apoptosis de las células endoteliales, en respuesta a distintos factores proangiogénicos, como el VEGF, bFGF, IL-‐8 y el PDGF. Estos inhibidores directos de la angiogénesis son los menos propensos a inducir resistencia a las drogas, porque se dirigen a las células endoteliales genéticamente estables en lugar de a las células tumorales mutantes inestables.
Los inhibidores angiogénicos indirectos, generalmente, inhiben la expresión o la actividad de alguna proteína del tumor que activa la angiogénesis, o bloquean la expresión de su receptor en las células endoteliales. En muchos casos, estas proteínas celulares del tumor son los productos de oncogenes que impulsan el cambio angiogénico. COMPUESTOS ANTIANGIOGENICOS EN MODELOS PRE-‐CLINICOS Compuesto Diana/Mecanismo
de acción Tipo cáncer Ensayo
clínico Compañía
2-‐metoxiestradiol
Inhibe HIF1α y polimerización tubulina
Mama, tumores sólidos, glioblastoma, mieloma múltiple, renal, próstata, ovario
Fase I, II
Entremed
A6 Unión receptor UPA Ovario Fase II Angstrom Pharm. Abergrina Anticuerpo anti-‐
αvβ3 Melanoma, tumores sólidos, colorrectal, próstata
Fase I, II
Medimmune
ABT-‐510 Trombospondina 1 Receptor CD36
Cabeza y cuello, tumores sólidos, linfoma, renal, NSCLC, sarcoma
Fase I, II
Abbott Laboratories
Actimid Reduce expresión TNF-‐α
Próstata Fase II Celgene Corp.
AG-‐013736 VEGFR, PDGFR Tiroides, melanoma, mama, NSCLC, páncreas, renal
Fase I, II
Pfizer
AMG706 VEGFR, PDGFR, KITR, RETR
Linfoma, tumores sólidos, NSCLC, mama, colorrectal, tiroides, GIST
Fase I, II
Amgen
AP23573 mTOR, VEGF Glioma, sarcoma, mieloma múltiple, endometrio, próstata, tumores sólidos
Fase I, II
Aviad Pharm.
AS1404 Agente disrruptor vascular
Próstata Fase II Antisoma
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COMPUESTOS ANTIANGIOGENICOS EN MODELOS PRE-‐CLINICOS (Continuación) Compuesto Diana/Mecanismo
de acción Tipo cáncer Ensayo
clínico Compañía
ATN-‐161 Antagonista α5β1 Renal, glioma Fase II Attenuan AZD2171 VEGFR-‐1, -‐2, -‐3,
PDGFR NSCLC, colorrectal, cabeza y cuello, tumores sólidos, glioblastoma, melanoma, ovario, mama, riñón
Fase I, II
AstraZeneca
BMS-‐275291 Inhibidor de MMP Sarcoma Kaposi, próstata, NSCLC
Fase I, II, III
Bristol-‐Myers Squibb
CCI-‐779 mTOR, VEGFR Tumores sólidos, próstata, CML, CLL, melanoma, glioblastoma, mieloma múltiple, GIST, SCLC, NSCLC, mama, páncreas, endometrio
Fase I, II
Wyeth
CDP 791 VEGFR2, KDR NSCLC Fase II Imclone Systems Celecoxib Aumenta
endostatina NSCLC, páncreas, próstata, tumores sólidos, mama, pulmón, sarcoma Ewing, glioma, piel, esófago, cervical, colorrectal, tiroides
Fase I, II
Pfizer
Cilengitide Antagonistas αvβ3 y 5
Tumores sólidos, linfoma, tumores cerebrales pedriáticos, glioblastoma
Fase I, II
EMD Pharm.
Combretastatina VE-‐cadherina Tumores sólidos, tiroides anaplásicos
Fase I, II
Oxigene
E7820 Inhibe subunidad endotelio integrina α2
Linfoma, colorrectal Fase I, II
Eisia Medical Research
Everolimus
VEGF, mTOR
Mama, tumores sólidos, linfoma, NSCLC, melanoma, AML, ALL, CML, glioblastoma, próstata, colorrectal, endometrio, riñón, páncreas
Fase I, II, III
Novartis
Genisteina Suprime VEGF, neurofilina y MMP9
Melanoma, riñón, próstata, vejiga, mama
Fase I National Cancer Institute (NCI)
Homoharringtonina Suprime VEGF CML, APML Fase II, III
ChenGenex Therapeutics
IMC-‐1121b VEGFR2, KDR Tumores sólidos Fase I Imclone Systems INGN 241 MDH7, VEGF Melanoma Fase II Introgen Ther. Enzastaurina VEGF Tumores sólidos, gliomas,
linfomas, cerebro, NSCLC, páncreas, colorrectal, glioblastoma
Fase I, II, III
Lilly
Neovastat Inhibidor MMP Mieloma múltiple, riñón, NSCLC
Fase II, III
Aeterna Zentaris
NM-‐3 Inhibe expresión VEGF, inhibe la proliferación
Tumores sólidos Fase I Genzyme Corporation
NPI-‐2358 β-‐tubulina Tumores sólidos Fase I Nereus Pharm. PKC412 VEGFR2 AML, leucemia de mastocitos Fase I,
II Novartis
Prinomastat
Inhibidor MMP Glioblastoma Fase II Agouron Pharm.
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COMPUESTOS ANTIANGIOGENICOS EN MODELOS PRE-‐CLINICOS (Continuación) Compuesto Diana/Mecanismo
de acción Tipo cáncer Ensayo
clínico Compañía
Suramina IGF1, EGFR, PDGFR, TGFβ, inhibe VEGF y βFGF
Vejiga, mama, riñón, glioblastoma, adrenocortical, próstata
Fase I, II, III
National Cancer Institute (NCI)
Tempostatina
Proteínas matriz extracelular
Tumores sólidos, sarcoma Kaposi
Fase I, II
Collard Biopharmaceuticals
TKI-‐258 FGFR3, VEGFR Mieloma múltiple, AML, melanoma
Fase I Novartis, Chiron Corp.
Vatalanib VEGFR1, 2, PDGFR Tumores sólidos, NSCLC, GIST, AML, ginecológico, mama, próstata, páncreas, glioblastoma, mieloma múltiple, colorrectal
Fase I, II, III
Novartis
VEGF Trap VEGF Riñón, ovario, NSCLC Fase I, II
Regeneron Pharm.
XL184 MMET, VEGFR, RTK, FLT3, TIE2
Tumores sólidos Fase I Exelixis
XL880 C-‐met, RTK Tumores sólidos, renal papilar
Fase I, II
Exelixis
XL999 VEGFR, PDGFR, EGFR, FCT3, Src
Tumores sólidos, mieloma múltiple, AML, colorrectal, ovario, NSCLC
Fase I, II
Exelixis
ZD6474 VEGFR2, EGFR Glioma, mama, NSCLC, SCLC tiroides, mieloma múltiple
Fase I, II, III
AstraZeneca
Tabla 1. Inhibidores antiangiogénicos empleados en ensayos clínicos.
Figura 8. Terapia antiangiogénica Se muestran distintas estrategias terapéuticas antiangiogénicas, utilizando inhibidores angiogénicos directos e indirectos.
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Inhibidores directos de la Angiogénesis
Los inhibidores directos de la angiogénesis actúan previniendo que las células endoteliales vasculares respondan a los estímulos proangiogénicos o inducen directamente su apoptosis. Para evitar que las células endoteliales vasculares respondan a las moléculas proangiogénicas se han desarrollado varios enfoques, entre los que se incluyen: el secuestro de los inductores en el microambiente tumoral, la inhibición de la unión del inductor a su receptor específico y la inhibición de los receptores de membrana.
El secuestro de los inductores se ha logrado usando receptores solubles, que compiten con el receptor celular, y anticuerpos de unión al inductor. De todas las moléculas proangiogénicas, como el VEGF es el inductor más potente de la angiogénesis y está sobrexpresado en muchos tipos de tumores, es el principal objetivo de muchos de los agentes de este tipo (figura 8). El fármaco más importante hasta el momento es el anticuerpo humanizado anti-‐VEGF, Bevacuzimab (Avastin, Genentech), que ha sido aprobado por la FDA para el tratamiento de algunos tipos de cáncer. Bevacuzimab fue aprobado para su uso en el cáncer colorrectal y un estudio reciente en fase III, que combina el Bevacuzimab con terapia citotóxica, ha mostrado mejoría en la supervivencia de pacientes con cáncer colorrectal metastásico. Además, en la actualidad están en progreso estudios en cáncer de pulmón no microcítico y cáncer de mama metastásico.
Una desventaja teórica de muchos de estos agentes de la primera generación es que inhiben un único inductor, mientras que las células cancerígenas y las células que se encuentran dentro de un tumor secretan múltiples inductores. Por lo tanto, la inhibición de un único inductor puede ser específica para una subpoblación del tumor que lo expresa o puede no ser eficaz en los tumores que segregan múltiples inductores angiogénicos. Sin embargo, este problema se ha subsanado mediante el uso de estos fármacos en combinación con otros tipos de inhibidores angiogénicos o con dosis bajas de quimioterapia, (ver: http://clinicaltrials.gov/). Inhibidores indirectos de la angiogénesis
Los inhibidores indirectos de la angiogénesis se dirigen directamente contra las células tumorales para bloquear la expresión y/o secreción de agentes proangiogénicos, que estimulan a las células endoteliales vasculares asociadas a los tumores, o para aumentar la expresión de los inhibidores de la angiogénesis. Estos agentes son muy prometedores porque pueden cambiar el patrón de expresión de múltiples mediadores angiogénicos. Uno de los inhibidores más estudiados de esta clase es el Gefitinib/ZD1839 (Iressa, Astrazeneca), un inhibidor de la actividad tirosina quinasa del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) (ver tema 3). Muchos de los agentes indirectos actualmente en desarrollo se dirigen contra varias vías de señalización y su ventaja es que pueden ser eficaces en tumores con diferentes tipos de mutaciones. Dentro de este grupo se encuentran el inhibidor multiquinasa Sorafenib, que inhibe a RAF y los receptores de VEGF y PDGF, y el inhibidor de la actividad tirosina quinasa Sunitinib, que también afecta a los receptores de VEGF y PDGF (figura 8). En muchos casos, el efecto antitumoral observado por el uso estos inhibidores multiquinasa se debe a que producen un bloqueo combinado de las vías de señalización angiogénicas, tanto en las células tumorales, como en otros tipos de células que favorecen la angiogénesis (ver: http://clinicaltrials.gov/).
Por último, dado el papel tan importante que tienen las integrinas en la angiogénesis, también se están utilizando terapias antiangiogénicas cuya diana son las integrinas.
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